Der Entstehung von Sauerstoff auf der Spur

Grundlage für die Entwicklung des Lebens ist die Entstehung von sogenannten schweren Elementen. Zu diesen Elementen zählen beispielsweise Kohlen- und Sauerstoff. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten bereits seit Langem an der Abbildung der Entstehungsprozesse in Simulationen. Jedoch war bisher die enorme Datenmenge das Hindernis, das die Erstellung einer solchen Simulation unmöglich machte.

Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die miteinander wechselwirken. Nicht nur diese Wechselwirkungen müssen in einer Simulation berücksichtigt werden, sondern zusätzlich auch alle theoretisch möglichen Quantenzustände jedes Teilchens. Auf diese Weise steigt die Rechenzeit, selbst für Superrechner in unbezwingbare Höhen.

Nun ist es Experten des Forschungszentrums Jülich, der Unis Bonn und Bochum gemeinsam mit Forscherinnen und Forschern der North Carolina State University und der Mississippi State University gelungen erstmals den gesamten Prozess der Streuung von Heliumkernen zu berechnen.
Heliumkerne, die auch Alphateilchen genannt werden, sind maßgeblich an der Entstehung von Kohlen- und Sauerstoff beteiligt. Die Simulation der Streuprozesse ist daher der erste Schritt zur Simulation der Entstehung des lebenswichtigen Sauerstoffs.

Die neu entwickelte Methode bedient sich dabei eines Tricks. Um die Rechenzeit signifikant zu verringern, werden die beteiligten Nukleonen (Sammelbegriff für Protonen und Neutronen) nicht mehr im freien Raum simuliert, sondern auf einem virtuellen Gitter. Auf diese Weise konnte der Streuprozess der Heliumkerne in einigen Wochen auf dem Jülicher Supercomputer JUQUEEN berechnet werden.

An der Studie ist JARA-FAME und HPC Mitglied Prof. Ulf-G. Meißner maßgeblich beteiligt. Die Ergebnisse wurden zudem in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Weitere Informationen zur Methode und den Studienergebnissen stehen auf der Website des Forschungszentrums Jülich bereit. Die original Nature Veröffentlichung ist ebenfalls online abrufbar.


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